Si alguna vez ha visto la televisión en otra cosa que no sea la oscuridad total, usó una computadora mientras estaba sentado debajo de una iluminación del techo o cerca de una ventana, o tomar una foto al aire libre en un día soleado con su teléfono inteligente, ha experimentado una de las principales molestias de las pantallas de visualización modernas:el deslumbramiento. La mayoría de los dispositivos electrónicos actuales están equipados con cubiertas de vidrio o plástico para protegerlos contra el polvo. humedad, y otros contaminantes ambientales, pero el reflejo de la luz de estas superficies puede dificultar la visualización de la información que se muestra en las pantallas.

Ahora, Los científicos del Centro de Nanomateriales Funcionales (CFN), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, han demostrado un método para reducir los reflejos superficiales de las superficies de vidrio a casi cero grabando pequeñas características a nanoescala en ellas.

Siempre que la luz encuentre un cambio abrupto en el índice de refracción (cuánto se dobla un rayo de luz al cruzar de un material a otro, como entre el aire y el vidrio), una parte de la luz se refleja. Las características a nanoescala tienen el efecto de hacer que el índice de refracción cambie gradualmente del aire al del vidrio, evitando así reflejos. El vidrio nanotexturizado ultra transparente es antirreflectante en un amplio rango de longitudes de onda (todo el espectro visible e infrarrojo cercano) y en un amplio rango de ángulos de visión. Los reflejos se reducen tanto que el vidrio se vuelve esencialmente invisible.

Este "vidrio invisible" podría hacer más que mejorar la experiencia del usuario para las pantallas electrónicas de consumo. Podría mejorar la eficiencia de conversión de energía de las células solares al minimizar la cantidad de luz solar que se pierde por reflejo. También podría ser una alternativa prometedora a los recubrimientos antirreflectantes propensos a daños que se utilizan convencionalmente en láseres que emiten potentes pulsos de luz. como los que se aplican a la fabricación de dispositivos médicos y componentes aeroespaciales.

"Estamos entusiasmados con las posibilidades, "dijo el director de CFN Charles Black, autor correspondiente del artículo publicado en línea el 30 de octubre en Letras de física aplicada . "No solo el rendimiento de estos materiales nanoestructurados es extremadamente alto, pero también estamos implementando ideas de la nanociencia de una manera que creemos propicia para la fabricación a gran escala ".

Andreas Liapis, ex postdoctorado de Brookhaven Lab, ahora investigador del Centro Wellman de Fotomedicina del Hospital General de Massachusetts, y Atikur Rahman, profesor asistente en el Departamento de Física del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica, Pune, son coautores.

Para texturizar las superficies de vidrio a nanoescala, los científicos utilizaron un enfoque llamado autoensamblaje, que es la capacidad de ciertos materiales para formar espontáneamente arreglos ordenados por sí mismos. En este caso, el autoensamblaje de un material de copolímero en bloque proporcionó una plantilla para grabar la superficie del vidrio en un "bosque" de estructuras en forma de cono a nanoescala con puntas afiladas, una geometría que elimina casi por completo los reflejos de la superficie. Los copolímeros de bloque son polímeros industriales (cadenas de moléculas repetidas) que se encuentran en muchos productos, incluyendo suelas de zapatos, cintas adhesivas, e interiores de automóviles.

Los colegas de Black y CFN han utilizado previamente una técnica de nanotexturización similar para impartir silicio, vidrio, y algunos materiales plásticos con propiedades hidrófugas, autolimpiantes y antivaho, y también para hacer que las células solares de silicio sean antirreflectantes. Las nanotexturas de la superficie imitan a las que se encuentran en la naturaleza, como los pequeños postes que atrapan la luz que oscurecen los ojos de las polillas para ayudar a los insectos a evitar ser detectados por los depredadores y los conos cerosos que mantienen limpias las alas de las cigarras.

"Esta sencilla técnica se puede utilizar para nanotexturizar casi cualquier material con un control preciso sobre el tamaño y la forma de las nanoestructuras, ", dijo Rahman." Lo mejor es que no necesita una capa de revestimiento separada para reducir el deslumbramiento, y las superficies nanotexturizadas superan a cualquier material de recubrimiento disponible en la actualidad ".

"Hemos eliminado los reflejos de las ventanas de vidrio no recubriendo el vidrio con capas de diferentes materiales, sino cambiando la geometría de la superficie a nanoescala, "agregó Liapis." Debido a que nuestra estructura final está compuesta completamente de vidrio, es más duradero que los revestimientos antirreflectantes convencionales ".

Para cuantificar el rendimiento de las superficies de vidrio nanotexturizadas, los científicos midieron la cantidad de luz transmitida y reflejada desde las superficies. De acuerdo con sus propias simulaciones de modelos, las mediciones experimentales de superficies con nanotexturas de diferentes alturas muestran que los conos más altos reflejan menos luz. Por ejemplo, Las superficies de vidrio cubiertas con nanotexturas de 300 nanómetros de altura reflejan menos del 0,2 por ciento de la luz entrante de color rojo (longitud de onda de 633 nanómetros). Incluso en la longitud de onda del infrarrojo cercano de 2500 nanómetros y ángulos de visión de hasta 70 grados, la cantidad de luz que pasa a través de las superficies nanoestructuradas permanece alta, por encima del 95 y el 90 por ciento, respectivamente.

En otro experimento, compararon el rendimiento de una célula solar de silicio comercial sin cubierta, con una tapa de cristal convencional, y con una cubierta de vidrio nanotexturizado. La celda solar con la cubierta de vidrio nanotexturizado generó la misma cantidad de corriente eléctrica que la que no tenía cubierta. También expusieron su vidrio nanotexturizado a pulsos de láser cortos para determinar la intensidad a la que la luz láser comienza a dañar el material. Sus mediciones revelan que el vidrio puede soportar tres veces más energía óptica por unidad de área que los recubrimientos antirreflejos disponibles comercialmente que operan en un amplio rango de longitudes de onda.

"Nuestro papel en el CFN es demostrar cómo la nanociencia puede facilitar el diseño de nuevos materiales con propiedades mejoradas, ", dijo Black." Este trabajo es un gran ejemplo de eso; nos encantaría encontrar un socio que nos ayude a hacer avanzar estos materiales notables hacia la tecnología ".